引信RS422总线全双工通讯装定方法

任朋利，刘峰华，邵志豪

（西安机电信息技术研究所 陕西 西安 710065）

引信RS422总线全双工通讯装定方法

任朋利，刘峰华，邵志豪

（西安机电信息技术研究所 陕西 西安 710065）

针对引信RS485总线半双工串行通讯装定时，引信控制器需要不断改变控制口线电平状态使引信接收数据或发送数据，易出现总线冲突和遗漏数据现象，提出了引信RS422总线全双工通讯装定方法。该方法采用微控制器控制高速RS422接口芯片同弹载设备进行全双工异步通讯，接收武器平台信息，返回引信状态信息，收发独立。通过滑窗式算法判断和接收数据包；通过总线分时复用完成多引信装定。测试验证表明：该方法装定速度快、抗干扰能力强、可靠性高。

引信；RS422总线；弹载设备；装定

为适应武器平台的需要，引信也向智能化、信息化发展，对引信与弹载设备之间接口（包括硬件接口和软件接口）的要求也越来越高。引信通过装定接口从武器平台获得更多的环境信息[1]、目标信息、解保信息等，控制引信解除保险、按照目标特性给引信装定不同的起爆模式和参数，控制起爆战斗部在最佳炸点起爆。一般采用的装定方法有光耦装定方法和RS485总线装定方法。在光耦装定方法中，光耦依靠电流导通传递信号，但是传输数字信号时必须考虑光耦的上升沿时间、下降沿时间、延迟时间和存储时间等参数，因此其装定速度较慢。RS485总线装定方法为半双工通讯方式，使引战双方同一时间只能处于单发或单收状态，控制器需要不断地去改变信号线的方向，易出现总线冲突、遗漏数据包现象，针对以上问题，提出了一种RS422总线全双工异步通讯引信装定方法。

1 RS485总线装定和RS422总线

1.1 RS485总线装定

引信RS485总线装定方法利用RS485总线工作标准进行传输信号。 RS485总线装定为半双工通讯方式，在同一对平衡双绞线A和B上接收和返回信号，引信控制器通过一个单片机口线PIN脚连接RS485接口芯片的驱动输出使能控制端DE，当PIN脚输出高电平时，RS485接口芯片的输出驱动器打开，引信通过A和B双绞线向弹载设备发送数据，当PIN脚输出低电平时，RS485接口芯片的输出驱动器处于高阻状态，接收器打开，引信通过A和B双绞线接收弹载设备下发的数据。在RS485总线装定方式中，引信控制器需要不断改变输出控制信号的电平状态，使任何时候A、B双绞线只能处于发送或者接收状态，易出现总线冲突和遗漏数据包现象。图1为引信RS485总线装定框图。

1.2 RS422总线

RS422总线具有大量现成的器件可以选择，结构简单，使用方便。结合RS422总线的技术特点，在引信装定技术中采用该接口具有以下优势：

1）RS422全双工异步串行总线采用差分传输方式，具有单独的发送和接收通道，因此收发数据时不用控制数据方向，实现方便简单，每帧数据都有CRC校验，抗干扰能力强。

2 ) 由于接收器采用高输入阻抗，发送器驱动能力强，因此允许在相同传输线上连接多个接收节点，即RS422接口支持点对多的双向通信，可以实现弹载设备同时对多个引信的装定。

3 ) RS422串行总线采用国际标准规范，易于全武器系统的功能集成；适应性强，便于未来在不同的武器系统中跨平台移植。

通过RS422总线，在弹载设备和引信之间建立一个双向高速数据传输通道。通过该接口可以实时接收弹载设备下发的指令信息、装定信息、查询信息等，引信通过该接口将引信的状态、装定结果实时反馈给弹载设备，供弹载设备判断引信的当前状态。

2 引信RS422总线装定电路

2.1 引信RS422总线装定电路组成

从图1可以看出，引信控制器通过改变RS485接口芯片DE引脚的电平状态控制其内部驱动器处于工作或高阻状态，使A、B差分线要么处于输入方向接收弹载设备发出的数据，要么处于输出方向返回引信状态数据。RS485接口芯片没有独立数据通道，当弹载设备和引信在收发时序上没有计算好时，会出现总线冲突、遗漏数据帧现象，因此，采用RS422接口芯片代替图1中的RS485接口芯片构成引信RS422总线全双工装定电路，如图2所示，实现弹载设备和引信之间的双向独立通讯。

图2 RS422总线装定框图Fig. 2 RS422-bus programming diagram

引信RS422总线装定电路由RS422接口芯片、接口保护器件、隔离芯片、微控制器组成。引信RS422接口芯片的A、B端为接收数据差分线，连接弹载设备的Y、Z差分线；Y、Z端为输出数据差分线，连接弹载设备的A、B差分线；在每条数据差分线上对地连接TVS器件进行端口保护。RE为接收数据使能端，固定连接地线；DE发送数据使能端，引信微控制器通过一个口线输出控制信号经过隔离芯片后连接DE；RO为数据输出端，经过隔离芯片后连接引信微控制器的RXD端；DI为数据输入端，引信微控制器的TXD端经过隔离芯片连接DI。

从功耗和体积方面考虑，现在市面上也有带有隔离功能的RS422集成接口芯片可供选择，极大地简化了硬件电路。

2.2 引信RS422总线装定软件算法

弹载设备和引信进行RS422总线全双工装定通讯前，双方首先约定通讯波特率、数据格式、有无校验位，数据帧格式、通讯周期等。

弹载设备向引信下发的数据包括：装定信息（装定层数、延时时间、起爆深度或行程）、起爆模式、解保时机、状态查询等。引信向弹载设备返回数据包括：装定信息（已装定层数、已延时时间、已起爆深度或行程），已装定起爆模式，引信执行解保动作反馈、引信当前状态等。

弹载设备将需要下发的数据组织成数据包传输到RS422总线上，引信端通过微控制器上的USART探测、接收RS422总线数据。在引信微控制器软件中设置USART RXC接收完成中断，当微控制器的USART接收器探测到RXD引脚上有一个有效的起始位之后，开始对数据线上数据的采样和判断，直到识别到有效结束位，然后该字节被移入USART的UDR寄存器，触发微控制器的USART RXC中断，微控制器软件在USART RXC中断子程序中读出、判断该字节，然后退出该中断程序，USART准备接收下一字节数据。

引信微控制器软件采用滑窗式的算法对数据桢头进行判断。滑窗算法是根据数据帧头是否符合通讯协议，在滑动窗中进行比较判决的一种自适应检测方法，即对数据帧头分多种情况进行比较判断以决定引信能否接受、保存该数据包，进一步影响是否需要析出该数据包中的装定参数（起爆模式、层、延时时间、起爆深度）完成对起爆电路的装定。通过这种滑窗算法对数据帧头进行判断，有效保证了当数据线上有干扰时，不会遗漏数据包。当战场通讯出现突发状况，弹载设备对引信仅进行了一次装定通讯，这种方法具有非常重要的作用，提高了引信装定可靠性。

当引信接收判断完所有的装定数据后，引信微控制器将需要返回的引信状态信息组织成数据包，通过USART的发送器发出到TXD端，经隔离芯片处理后进入RS422总线，由弹载设备接收。

2.3 总线分时复用装定多引信

当弹载设备面向多个引信装定时，即多个引信从机共用同一RS422总线接口与弹载设备主机进行异步通讯，由于任何时刻总线上最多只能有一个数据发送方，否则，多个数据形成串扰，接收方将不能有效识别数据包，因此，各引信从机需要在不同的时间段里使用总线，即总线分时复用。

装定开始前，各引信从机通过与弹载设备主机的地址接口获得各自的地址编号j。装定时，弹载设备分时复用总线，在一个通讯周期TB内，以T1为时间间隔连续地向各从机发送数据包，各引信从机接收数据包时，首先将各自的地址编号j与主机发送数据包中的ID地址编码进行对比，确认该数据包为各从机需要接收的数据包，然后接收该数据包，并向弹载设备返回应答数据包。

如图3所示：通讯时，在主机的一个通讯周期内，以0为计时起点，主机在t0时刻发出引信从机1的数据包，从机1在t0+T2时刻向弹载设备返回数据包；主机在t0+（j-1）T1时刻发出从机j的数据包，从机j在t0+（j-1）T1+ T2时刻向弹载设备返回数据包。在该过程中，显然有关系式

图3 总线分时复用装定示意图Fig. 3 Schematic diagram of time division multiplexed bus

3 测试验证

1）抗干扰验证

引信RS422总线全双工装定电路从以下3个方面进行抗干扰设计。一是采用带隔离保护功能的电源转换器件给引信RS422总线装定电路供电，其内部具有高绝缘电阻和隔离电压，可以将瞬态高压转移到隔离器件电隔离层的高绝缘电阻上，不会产生瞬态性的浪涌电流，防止浪涌及静电对装定接口的破坏；二是采用磁隔离器件连接RS422总线接口芯片和引信微控制器，使弹载设备数据传输通道和引信微控制器数据传输通道完全隔离，避免各个模块直接的相互干扰，同时，隔离器件两边电路的供电分别采用隔离前后电源；三是在RS422总线接口电路的所有输入输出端并联瞬态电压抑制器，抑制掉外部接口导入的瞬态高压脉冲，有效地保护总线接口电路的畅通和可靠。图4为给RS422总线通讯电路加载一个50 V/12.5 ms脉冲过压干扰信号时，示波器捕获到的RS422总线上的数据信号。

2）极限温度装定

从器件手册了解到，工业级RS422总线接口器件的储存温度范围在-65～+150 ℃，工作温度范围在-40～+85 ℃之间。根据产品要求的工作环境，对RS422总线装定电路在高温+70 ℃和低温-47 ℃工作情况进行了测试。图5为低温-47℃试验时，RS422总线上的装定波形，经测量装定一次的时间大约为8.6 ms。

图4 输入50V/12.5ms过压干扰信号和RS422总线上的数据信号Fig. 4 Input 50V/12.5ms interference signal and RS422-bus data signal

图5 低温测试RS422总线装定波形Fig. 5 RS422-bus programming waveform in low temperature test

3）电磁兼容实验

引信电路进行了电磁兼容试验，按照试验标准给引信电路注入各项电磁干扰信号，弹载设备和引信之间通讯正常。通过计算机和示波器监测RS422总线上的数据及波形，接口数据未出现乱码、数据丢失、返回应答信息不正确、以及输出错误控制信号等一系列问题，图6为引信进行CS115电缆束注入脉冲激励传导敏感度试验场景及信号波形。

图6 CS115试验场景及信号波形Fig. 6 CS115 scene and signal waveform

4 结 论

文中提出了一种RS422[9]总线全双工异步通讯引信装定方法。在该方法中，引信微控制器控制高速RS422总线接口芯片同弹载设备进行全双工异步通讯，接收起爆参数、解保时机等武器平台信息，并向弹载设备返回引信装定结果、引信状态等信息；采用滑窗式算法判断接收数据包以提高接收可靠性；通过总线分时复用总线，完成多引信装定。测试验证表明：该方法使用独立数据接收通道和数据发送通道，避免总线冲突，装定速度快，可靠性高，可应用于多种武器平台上，特别对于高价值弹药武器系统具有非常重要的作用。

[1] 胡景林,孙宜亮,娄文忠,等.引信与机载武器的协同设计与分析[C]//中国兵工学会第十五届引信学术年会.西安:中国兵工学会引信专业委员会,2007:288-291.

[2] 凌永顺,万晓授.武器装备的信息化[M].北京:解放军出版社,2005.

[3] 聂仙娥.多功能引信的装定技术研究[D].中北大学,2012.

[4] 方利缘.基于迭代和修正的波特率自适应算法[J].探测与控制学报,2011,33(1):27-31.

FANG Li-yuan.A baud rate self-adapting algorithm based on iteration and correction[J]. Journal of Detecion & Control,2011,33(1):27-31.

[5] 王水平,于建国,宣宗强,等.DC/DC变换器集成电路及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.

[6] 大卫A·韦斯顿.电磁兼容原理与应用[M].机械工业出版社,2006.

[7] 郭银景.电磁兼容原理与应用教程[M].北京:清华大学出版社,2008.

[8] 耿德根,宋建国,马潮,等.AVR高速嵌入式单片机原理与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[9] 王留全,霍建华.高速便携式RS 232/422信号模拟器设计[J].现代电子技术,2013(13):120-123.

WANG Liu-quan,HUO Jian-hua.Design of high-speed portable RS 232/422 signal simulator [J].Modern Electronics Technique,2013(13):120-123.

A fuse programing method based on RS422-bus full duplex communication

REN Peng-li, LIU Feng-hua, SHAO Zhi-hao
（Xi’an Institute of Electromechanical Information Technology, Xi’an 710065, China）

The RS485-bus fuze programing method has disadvantages of bus collision and missing data, fuze MCU change the pin state to receiv or transmit data. A fuze programming method based on RS422-bus full duplex communication was put forward in the paper. The MCU control RS422 interface chip communication with the onboard equipment, receiving weapon platform information and returning fuze state information independence. To take sliding window, MCU judge and receive the data packet .By time division multiplexing the same bue, more fuzes complete programming. Studys showed that the method was of fast programming, high anti-interference ability, and high reliability.

fuze; RS422-bus; the on-board equipment; programming

TN911

A

1674-6236(2014)03-0066-03

2013–06–22 稿件编号：201306146

任朋利(1981—)，女，陕西富平人，工程师。研究方向：电子信息工程。